3 晶体结构缺陷
3.1 晶体结构缺陷的类型 3.2 点缺陷 3.3 线缺陷 3.4 面缺陷 3.5 固溶体 3.6 非化学计量化合物
材料科学基础（Fundamentals of Materials Science）
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3.1 晶体结构缺陷的类型
3.1.1 按缺陷的几何形态分类 缺陷按几何形态可分为点缺陷、线缺陷、面 缺陷和体缺陷。
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(4) 电荷缺陷
质点排列的周期性未受到破坏，但因电子或 空穴的形成使晶体的势场发生畸变而产生的缺陷。
如：非金属晶体在接近0K时，价带中电子满排，导 带全空，当价带电子获足够能量时跃过禁带入导带，则 导带中的电子、价带中的空穴使晶体的势场畸变，从而 产生电荷缺陷。
B、间隙质点或填隙原子 （Interstitial Particle）：指质 点进入正常晶格的间隙位置， 成为间隙质点；
C、杂质原子（Foreign Particle）：指外来质点进入正 常结点位置或晶格间隙，形成 杂质缺陷。
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(2) 间隙原子 间隙（interstitial）原子用Mi、Xi表示M或X原子 处于als of Materials Science）
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(3) 错位原子 错位原子用MX、XM等表示，MX表示M原子占 据X的位置。
(4) 自由电子和电子空穴 在典型离子晶体中，电子（electron）或电子 空穴（hole）是属于特定的离子，可以用离子价来 表示。但在有些情况下，有的电子或空穴可能并不 属于某一特定的离子，在外界的光、电、热作用下， 可以在晶体中运动，这样的电子与孔空称为自由电 子和电子孔空，分别用e’和h表示。其中右上标分 别表示一个单位的负电荷和一个单位正电荷。
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点缺陷是晶体中最为重要的一类，它与材料的电 学性质、光学性质、材料的高温动力学过程有关。
成
空位
双空位
对 的
离
子 空 位
间隙 原子
位移 原子
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（2）线缺陷 线缺陷也称为一维缺陷，是指在一维方向上偏 离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。 如各种位错（Dislocation），它的产生和运动与材 料的一些力学性能有关，如韧性或脆性。 （3）面缺陷 又称为二维缺陷，二维方向偏离理想晶体中的 周期性、规则性排列而产生的缺陷。如晶界、表面、 堆积层错等 （4）体缺陷 又称为三维缺陷，指在局部的三维空间偏离理 想晶体的周期性、规则性排列而产生的缺陷。如第 二相粒子团、空位团等。它与物系的分相、偏聚等 过程有关。
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（5）辐照缺陷 辐照缺陷是指材料在辐照之下所产生的结 构的不完整性。产生色心（Color center）、位 错环等。辐照对金属、非金属、高分子材料的 操作效应是不同的。
如中子辐照-导致金属产生间隙原子和空位。
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3.1.2 按缺陷产生的原因分类
主要有热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、 电荷缺陷和辐照缺陷等。
（1）热缺陷-本征缺陷 热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原 因所产生的空位或（和）间隙质点（原子或离 子）。 缺陷的产生和复合始终处于一种动态平衡， 与化学反应类似。
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(5) 带电缺陷
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3.1 晶体结构缺陷的类型 3.1.1 按缺陷的几何形态分类
A、空位（Vacancy）：是指正 常结构点没有被质点占据，成 为空结点，即空位；
（1）点缺陷
根据其对 理想晶格偏 离的几何位 置及成分来 划分
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3.2 点缺陷
3.2.1 点缺陷的符号表征－Kroger-Vink符号
(1)空位 空位（Vacancy）用V来表示，则VM、VX分别表示M 原子和X原子空位。符号中的右下标表示缺陷所在位置， VM、VX分别表示M或X位置是空的。
热缺陷包括弗仑克尔缺陷（Frenkel defect） 和肖特基缺陷（Schottky defect）
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特征是空位和间隙质点 成对出现。
注：在离子晶体中，正负 离子空位成比例出现，同 时伴随有体积的增加 。
（a）弗仑克尔缺陷的形成
（b）单质中的肖特基缺陷的形成
图2-6 热缺陷产生示意图
热缺陷的浓度与温度有关，温度升高，热
缺陷浓度增加。 材料科学基础（Fundamentals of Materials Science）
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（2）杂质缺陷
杂质缺陷亦称为组成缺陷，是由外加杂质 的引入所产生的缺陷。其特征是如果杂质的含 量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓 度与温度无关。如半导体材料就是利用掺杂效 应制得的。如红宝石激光器：α－Al2O3中掺入 Cr2O3，微量物质的存在，会改变基质晶体的物 理性质。
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（3）非化学计量缺陷
非化学计量缺陷是指组成上偏离化学中的定比定 律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些 发生交换而产生的。
特点：组成明显地随着周围气氛的性质和压力的 大小的变化而变化。这种缺陷是生成N型和P型半导 体的重要基础。如：TiO2在还原气氛下，形成TiO2-x （x＝0-1），这是一种N型半导体。Zn1-xO，P型。